3. Выработка электроэнергии и тепла на металлургическом заводе и ее особенности

Металлургические предприятия используют разнообразные энергоносители. К ним относятся: топливо, электроэнергия, тепло в виде пара и горячей воды, сжатый воздух, кисло­род, техническая вода и др.

Основным энергоносителем является топливо, посту­пающее на завод извне и производимое на заводе в виде вторичных энергоресурсов. Топливо расходуется на техно­логические нужды, на производство электроэнергии и теп­ла.

Электроэнергия. Черная мет-ия является крупным потребителем электроэнергии, расходуя до 10% от общего производства электроэнергии в стране, что составляет свыше 17 % промышленного электропотребления.

Основное количество электроэнергии (>80%) метал­лургические предприятия получают из внешней сети и ме­нее 20 % вырабатывают на заводских ТЭЦ. Для производ­ства электроэнергии используются также вторичные энер­горесурсы в виде пара котлов-утилизаторов и энергии дав­ления доменного газа, реализуемой в газовых турбинах. Около 65 % электроэнергии расходуется на силовые нуж­ды (привод электродвигателей), примерно 25 % — непо­средственно на технологические нужды, остальное — на ос­вещение, собственные нужды станции и потери в сетях и трансформаторах.

Наиболее электроемким процессом в металлургическом производстве является электросталеплавильное производ­ство, в котором расход электроэнергии составляет ~3000 МДж/т (при производстве чугуна ~50 МДж/т). Однако из-за относительно небольшого объема электро­сталеплавильного производства эта подотрасль потребля­ет пока менее 5 % общего производства электроэнергии. Значительными потребителями электроэнергии являются ферросплавное производство (до 19%), добыча и обога­щение железной руды (до 18%) и прокатное производст­во (до 13%). На энергетические нужды (производство сжатого воздуха, кислорода, подачу воды, собственные нужды электростанции) расходуется до 20 % электроэнер­гии.

Тепло. Металлургические заводы потребляют значи­тельное количество тепла в виде водяного пара на техно­логические нужды, а также горячей воды для вентиляции, отопления и горячего водоснабжения. Пар производится в котельных установках (~45%), поступает от теплофика­ционных турбин (>20°/₀), вырабатывается в котлах-утили­заторах и системах испарительного охлаждения металлургических печей (~35%). Основными технологическими потребителями тепла являются коксохимическое, доменное, мартеновское и прокатное производства, потребляющие свыше 40 % от общего расхода тепла. Около 60% тепла используется на отопление и вентиляцию производственных цехов, а также на коммунально-бытовые нужды.

билет № 12

1.Элементы расчета полезно используемой в котельном агрегате теплоты. Кпд котельной установки.

Тепловой баланс для котельных установок составляют на 1 м³ газообразного топлива или 1 кг твердого или жидкого топлива при 273 К и 0,1013 МПа.

Приходная часть теплового баланса (располагаемая теплота, МДж/м³ или МДж/кг) в общем случае при установившемся режиме представляется в таком виде

Q_прих = Q_р^р = Q_н^р + Q_экз + Q_ф.т. + Q_ф.в. + Q_пар + Q_о.г. - Q_энд,

где в правой части уравнения первые два члена выражают внесенную химическую энергию: низшую теплоту сгорания топлива и теплоту возможных эксергетических реакций технологического процесса; последующие приходные статьи, соответственно, выражают: физическую теплоту (энтальпию) топлива, теплоту воздуха, поступившего тем или иным путем в рабочее пространства котла; теплоту, вносимую паром, например, при паровом распыливании мазута; и энтальпию отходящих газов, в случае работы котла в смешанном топливно – утилизационном режиме; и, наконец, последний член - теплота возможных эндотермических реакций, например, связанных с разложением карбонатов, содержащихся в некоторых твердых топливах.

Важно заметить, что энтальпию горячего воздуха учитывают лишь при его подогреве до воздушного подогревателя, установленного в котле, за счет постороннего источника теплоты. Основные цели подогрева воздуха в котлах – интенсификация горения и радиационного теплообмена в топочной части котла, снижение потерь теплоты от химической неполноты сгорания, возможность использования низкокачественных влажных топлив.

При составлении теплового баланса чисто топливного котла без существенной погрешности приходную часть баланса можно упростить до выражения

Q_прих = Q_р^р = Q_н^р ( или Q_в^р)

Традиционно в уравнении теплового баланса тепловых агрегатов используется низшая теплота сгорания топлива. Это согласуется с тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котел и другие агрегаты обычно выше 110 – 120 С, при такой температуре содержащийся в них водяной пар (при отсутствии в газах оксидов серы) не конденсируется. При охлаждении же продуктов сгорания до температуры, при которой на поверхности нагрева возможна конденсация водяных паров, в тепловом балансе следовало бы использовать высшую теплоту сгорания топлива. Подобный вариант работы котла возможен, но в подавляющем числе случаев не эффективен по ряду причин, связанных как с увеличением стоимости котла и снижением стойкости хвостовых поверхностей (экономайзера, воздухоподогревателя), из-за усиления низкотемпературной коррозии при конденсации паров из продуктов горения, особенно содержащих оксиды серы, уменьшения стойкости дымоотводящих каналов и ухудшения рассеивания газов при попадании их в атмосферу, так и из – за стремления в целях экономии топлива повысить температуру питающей котел воды.

Расходная часть теплового баланса в общем случае установившегося режима содержит полезную теплоту, затраченную на выработку пара (или воды) и различные потери:

Q_расх = Q_пол + Q_у.г. + Q_х.н.+ Q_м.н. + Q_н.о. + Q_ф.ш. + Q_о.в.,

где первое слагаемое – полезная теплота, остальные слагаемые: энтальпия уходящих газов, потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания, потери теплоты от наружного охлаждения внешних ограждений котла, потери теплоты с физической теплотой шлаков, потери теплоты с водой на охлаждение элементов котла, не включенной в циркуляционную систему агрегата.

Полезное количество теплоты, пошедшей на выработку пара, складывается из теплоты, затраченной на нагрев питательной воды в экономайзере, теплоты испарения воды с получением сухого насыщенного пара, воспринятой испарительной поверхностью, и теплоты перегрева пара в пароперегревателе:

Q_пол = Q_э + Q_исп + Q_п.п. = DB^-1 (i_п.п. – i_п.в.),

где Q_э =DB^-1(i_п.в. – i_п.в.), Q_исп = DВ^-1(i_н.п.- i), Q_п.п. = DВ^-1(i_п.п. – i_н.п.), D – выход пара, кг/с; В – расход топлива, кг/с; i_п.п., i_н.п., i_п.в., i_п.в. - энтальпии перегретого пара, насыщеного пара, питательной воды на выходе и входе в экономайзер, МДж/кг.

С учетом продувки котла для поддержания определенного солесодержания воды и, например, передачи части насыщенного пара на сторону полезно затраченная теплота на единицу сжигаемого топлива, МДж/м³ или МДж/ кг, составит

Q = DB^-1(i_п.п. – i_п.в.) + D_пр B^-1 (i_к.в. – i_п.в.) + D_нас B^-1(i_н.п. –i_п.в.),

где D_пр и D_нас – расходы продувочной воды и насыщенного пара, кг/с; i_к.в.и i_н.п. – энтальпии продувочной (котловой) воды и насыщенного пара, МДж/кг.

Расход продувочной воды для котельных установок промышленных предприятий доходит до 5 – 10 % от их паропроизводительности D; для котлов конденсационных электростанций он не превышает 1 – 2 %.

Учитывая, что КПД котла _к определяется как отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте, с учетом выработки перегретого и насыщенного пара, наличия продувочной воды, можно написать

_к = 100(ВQ_р^р)^-1D(i_п.п. – i_п.в.) + D_пр(i_к.в. – i_п.в.) + D_нас(i_н.п. – i_п.в.), %.

,%

Найденный КПД котла, при определении которого не учитывается собственное потребление энергии, называется КПД брутто котла (обозначается _бр или _к).

При определении КПД нетто учитываются затраты энергии и теплоты на собственные нужды (на освещение, привод насосов, вентиляторов, дымососов, механизмов подачи и подготовки топлива и другого вспомогательного оборудования). КПД нетто называют энергетическим КПД котельной установки (обозначается _н.т. или _к.у.), он равен

_к.у. = _к - 100Q_с.н.(BQ_р^р)^-1, %,

где Q_с.н. – расход теплоты на собственные нужды, МДж/с (МВт).

Определение КПД котла или котельной установки как отношение полезно затраченной теплоты к располагаемой теплоте – это определение его по прямому балансу. КПД котла можно определить и по обратному балансу, т.е. через тепловые потери, например,

_к = 100 – (q_у.г. + q_х.н. + q_{м.н. +} q_{н.о. +} q_{ф.ш. +} q_охл);

_к = q_пол = 100 - q_пот,

где q_пол = 100Q_пол/Q_р^р, q_у.г. = 100Q_у.г./Q_р^р и т.д..

Следует заметить, что в нормативном методе расчета котлов и других литературных источниках удельные составляющие баланса котла обычно обозначают цифрами: q_пол = q₁; q_у.г. = q₂; q_х.н. = q₃; q_м.н. = q_4; q_н.о = q_5; q_охл = q₆.